Пластина рекуперативного теплообменника Российский патент 2025 года по МПК F28F3/04 F28D9/00 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к пластине перекрестноточного теплообменника типа воздух-воздух, предназначенного для рекуперации тепла в системах вентиляции и кондиционирования.

Уровень техники

[0002] Пластинчатые перекрестноточные теплообменники повышают энергоэффективность систем вентиляции и кондиционирования путем использования вторичных ресурсов - тепла (холода) отработанного воздуха.

[0003] Пластины рекуперативного теплообменника обеспечивают функцию теплообмена между двумя потоками воздуха без их смешивания.

[0004] Пластины рекуперативного теплообменника обычно изготавливаются методом штамповки из алюминиевой фольги, алюминиевой фольги с эпоксидным покрытием или нержавеющей стали. Для увеличения теплопередающей способности такие пластины снабжаются гофрами, выступами и другим рельефом.

[0005] Из уровня техники известно техническое решение, раскрытое в патенте на полезную модель CN 207214873. Данная полезная модель описывает теплообменную пластину с гофрированной поверхностью и полуцилиндрическими выступами и впадинами. Выступы и впадины размещены взаимно перпендикулярно. Гофры играют роль турбулизаторов, а выступы и впадины обеспечивают требуемое расстояние между пластинами. При сборке в пакет каждая следующая пластина поворачивается на 90° относительно предыдущей, полуцилиндрические выступы и впадины смежных пластин контактируют по прямой линии, образуя каналы небольшого размера для движения воздуха. Как заявляется, гофрированная поверхность значительно повышает эффективность теплообмена и жесткость пластины.

[0006] Основным недостатком данного технического решения является шахматное расположение полуцилиндрических выступов и впадин. Поток воздуха, проходя между полуцилиндрическими выступами, образующими канал, встречает большое сопротивление полуцилиндрических впадин, расположенных перпендикулярно выступам и занимающих практически весь канал. Интенсификация теплообмена за счет турбулизации потока воздуха на пластине данного технического решения несоизмерима с увеличением аэродинамических сопротивлений, что, в целом, приводит к снижению эффективности теплообменника.

[0007] Известен пакет пластин по патенту на полезную модель CN 211012597. Пакет содержит набор пластин, поверхности которых выполнены с чередующимися рядами полусферических выступов и сплошных полуцилиндрических впадин, проходящих по всей ширине пластины. Выступы и впадины разной формы на смежных пластинах, контактируя, образуют каналы для прохождения потоков воздуха во взаимно перпендикулярных направлениях. Вся поверхность пластин содержит гофры небольшого размера для создания турбулентного потока и обеспечения жесткости пластин. Как заявляется, расстояние между пластин такой конструкции может достигать 12 мм для снижения сопротивления, создаваемое рельефом пластины.

[0008] Недостатком известного пакета является высокое сопротивление, создаваемое с одной стороны канала сплошными полуцилиндрическими впадинами, размещенными по всей ширине пластины поперек потока воздуха. Увеличение расстояния между пластинам до 12 мм за счет увеличения глубины выступов и впадин позволяет снизить сопротивление в каналах. Однако, увеличение глубины впадин, сплошных по всей ширине канала, приводит к возникновению в них застойных зон отрывных течений воздуха, которые значительно снижают интенсивность теплообмена.

[0009] Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является пластина, показанная в патенте на изобретение EP 0851199 и выбранная в качестве прототипа. На плоской поверхности пластины расположены ряды небольших полусферических выступов и впадин, чередующиеся по обеим осям плоскости пластины. Выступы и впадины смежных пластин контактируют вершинами, обеспечивая зазор между пластинами для прохождения потоков воздуха не более 10 мм.

[0010] Недостатком данного технического решения является низкая температурная эффективность вследствие неразвитой гладкой поверхности теплообмена пластин. Кроме того, гладкая поверхность пластины не обеспечивают жесткость и прочность пластин теплообменника при значительной разнице давлений между потоками воздуха.

Сущность изобретения

[0011] Задача настоящего изобретения заключается в создании оптимальной геометрической формы пластины перекрестноточного рекуперативного теплообменника, которая обеспечит интенсификацию теплообмена при невысоких сопротивлениях и надежную работу теплообменника при значительной разнице давлений между потоками воздуха, в том числе в системах вентиляции и кондиционирования помещений большой площади.

[0012] Техническим результатом является улучшение геометрической формы пластин предшествующего уровня техники, увеличение поверхности теплообмена, жесткости и прочности пластин.

[0013] Технический результат достигается за счет того, что пластина содержит полусферические выступы и впадины, и мелкие прямолинейные гофры по все поверхности. При этом гофры интенсифицируют теплообмен на поверхности пластины, одновременно придавая жесткость и прочность пластине, а чередующиеся ряды полусферических выступов и впадин задают требуемое расстояние между пластинами и выполняют роль турбулизаторов.

Краткое описание чертежей

[0014] Сущность и преимущества заявляемого изобретения очевидны из нижеследующего описания и поясняются прилагаемыми чертежами, на которых показано:

[0015] На Фиг. 1 представлен внешний вид пластины с полусферическими выступами и впадинами, где затемненными участками показаны впадины.

[0016] На Фиг. 2 показаны две смежные пластины в пакете.

Осуществление изобретения

[0017] На Фиг. 1 и 2 показана теплообменная пластина 1 рекуперативного теплообменника, содержащая чередующиеся ряды полусферических выступов 2 и впадин 3 и мелкие прямолинейные гофры 4 по всей поверхности теплообмена. Выступы и впадины выполнены одинаковой формы в виде усеченных полусфер для увеличения площади поверхности контакта смежных пластин. Высота выступов и впадин варьируется в зависимости от требуемого шага пластин в теплообменнике для пропускания потоков воздуха.

[0018] Заявленные пластины могут быть изготовлены из металлической фольги или металлических листов толщиной до 0,3 мм, например, штамповкой.

[0019] Пластины изготавливают одинакового рельефа, выступы и впадины расположены симметрично относительно обеих осей плоскости пластины, что упрощает процесс сборки пакета теплообменника. Сборка пакета из таких пластин заключается в последовательной укладке пластин одна на другую с поворотом на 90° каждой следующей пластины относительно предыдущей и механическим соединением с предыдущей пластиной в замок (на чертежах не показано). Смежные пластины контактируют друг с другом вершинами полусферических выступов 2 и впадин 3, образуя две группы каналов по обеим сторонам пластин для движения воздуха в ортогональных направлениях без смешивания.

[0020] Выступы 2 и впадины 3 одинаковой формы располагаются в шахматном порядке на пластинах. При этом помимо обеспечения заданного расстояния между пластинами выступы 2 играют роль турбулизаторов. При набегании потока воздуха на ряд полусферических выступов 2, поток рассекается и отклоняется в сторону ряда впадин 3, разрушая застойные зоны в них и интенсифицируя теплообмен на поверхности пластины.

[0021] Поскольку основания полусферических впадин 3 небольшой протяженности и не занимают весь канал, поток воздуха не встречает столь большого сопротивления, как в каналах, ограниченных сплошными впадинами в известных технических решениях.

[0022] Поверхностный профиль пластин в виде мелких прямолинейных гофр 4, размещенных по всей ширине пластины 1 с одной стороны канала параллельно потоку воздуха, а с другой - перпендикулярно, увеличивает удельную поверхность теплообмена и разрушает пристенный ламинарный слой, тем самым создавая турбулентный поток на большей части поперечного сечения канала. Интенсификация теплообмена за счет мелких гофр 4 не создает значительного сопротивления потоку воздуха, так как гофры находятся в пределах пограничного слоя.

[0023] Гофры 4 помимо интенсификации теплообмена являются элементами жесткости пластины. В совокупности с выступами 2 и впадинами 3, которые выполнены в виде усеченных полусфер для увеличения площади контакта, гофры 4 не дают пакету пластин схлопнуться даже при значительной разнице давления между потоками воздуха, позволяя изготавливать пластины достаточно тонкими.

[0024] Оптимальная геометрическая форма полусферических выступов 2 и впадин 3 на поверхности пластин, согласно изобретению, позволяет увеличить зазор между пластинами до 14 мм, с сохранением требуемой жесткости и прочности пластин без увеличения толщины и усложнения рельефа. Увеличение зазора между пластинами снижает сопротивление движению воздуха. Этот фактор повышает энергоэффективность и надежность пластинчатых рекуперативных теплообменников в системах вентиляции и кондиционирования помещений большой площади, где интенсификация теплообмена обычно связана с ростом затрат энергии на преодоление увеличивающихся аэродинамических сопротивлений.

[0025] В сравнении с прототипом заявляемая пластина имеет улучшенную геометрическую форму, что повышает теплопередающую способность, жесткость и прочность пластины, а также расширяет область применения пластинчатых рекуперативных теплообменников.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых перекрестноточных теплообменниках типа воздух-воздух для рекуперации тепла в системах вентиляции и кондиционирования. Изобретение заключается в том, что пластина теплообменника содержит чередующиеся ряды полусферических выступов и впадин и мелкие прямолинейные гофры по всей поверхности теплообмена, причем гофры находятся в пределах пограничного слоя. Выступы и впадины могут быть выполнены одинаковой формы в виде усеченных полусфер, а мелкие прямолинейные гофры расположены симметрично относительно обеих осей плоскости пластины. Кроме того, поверхностный профиль в виде мелких прямолинейных гофр размещается по всей ширине пластины с одной стороны канала параллельно потоку воздуха, а с другой – перпендикулярно. Технический результат - улучшение геометрической формы пластин с целью повышения эффективности и надежности пластинчатых рекуперативных теплообменников. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пластина теплообменника содержит чередующиеся ряды полусферических выступов и впадин и мелкие прямолинейные гофры по всей поверхности теплообмена, причем гофры находятся в пределах пограничного слоя.

2. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что выступы и впадины одинаковой формы в виде усеченных полусфер и мелкие прямолинейные гофры расположены симметрично относительно обеих осей плоскости пластины.

3. Пластина по п.1, отличающаяся тем, что поверхностный профиль в виде мелких прямолинейных гофр размещается по всей ширине пластины с одной стороны канала параллельно потоку воздуха, а с другой – перпендикулярно.